Jak są ułożone i działają panele słoneczne?

W dzisiejszych czasach prawie każdy może zbierać i mieć do swojej dyspozycji niezależne źródło energii słonecznej (w literaturze naukowej są one nazywane panele fotowoltaiczne).

Kosztowny sprzęt rekompensuje z czasem zdolność do odbierania darmowej energii elektrycznej. Ważne jest, aby panele słoneczne były przyjaznym dla środowiska źródłem energii. W ostatnich latach ceny paneli fotowoltaicznych spadły dziesięciokrotnie i nadal spadają, co wskazuje na świetne perspektywy ich zastosowania.

W klasycznej formie takie źródło energii elektrycznej będzie składać się z następujących części: bezpośrednio, baterii słonecznej (generatora prądu stałego), baterii z urządzeniem kontrolującym ładowanie i falownika, który zamienia prąd stały na prąd przemienny.

Panele słoneczne składają się z zestawu ogniwa słoneczne (konwertery fotowoltaiczne)które bezpośrednio przekształcają energię słoneczną w energię elektryczną.

Większość ogniw słonecznych jest wykonana z krzemu, który ma dość wysoki koszt. Fakt ten określi wysoki koszt energii elektrycznej uzyskiwanej dzięki zastosowaniu paneli słonecznych.

Popularne są dwa typy konwerterów fotoelektrycznych: wykonane z monokrystalicznego i polikrystalicznego krzemu. Różnią się technologią produkcji. Te pierwsze mają sprawność do 17,5%, a drugie 15%.

Najważniejszym parametrem technicznym akumulatora słonecznego, który ma duży wpływ na sprawność całej instalacji, jest jego moc netto. Jest to określone przez napięcie i prąd wyjściowy. Parametry te zależą od natężenia światła słonecznego wpadającego do akumulatora.

E.s. (siła elektromotoryczna) poszczególnych ogniw słonecznych nie zależy od ich powierzchni i zmniejsza się, gdy akumulator jest ogrzewany przez słońce, o około 0,4% na 1 g. C. Prąd wyjściowy zależy od natężenia promieniowania słonecznego i wielkości ogniw słonecznych. Im jaśniejsze światło słoneczne, tym większy prąd generowany przez ogniwa słoneczne. Prąd ładowania i moc wyjściowa przy pochmurnej pogodzie są znacznie zmniejszone. Jest to spowodowane spadkiem prądu wyjściowego przez akumulator.

Jeśli bateria oświetlona przez słońce jest zamknięta na pewien ładunek z rezystancją Rn, wówczas w obwodzie pojawia się prąd elektryczny I, którego wartość jest określona przez jakość przetwornika fotoelektrycznego, natężenie światła i rezystancję obciążenia. Moc Pн, która jest uwalniana z obciążenia, jest określona przez iloczyn Pн = InнUн, gdzie Un jest napięciem na zaciskach akumulatora.

Największa moc jest alokowana w obciążeniu przy pewnej optymalnej rezystancji Ropt, która odpowiada najwyższemu współczynnikowi sprawności (sprawności) przetwarzania energii świetlnej w energię elektryczną. Każdy konwerter ma własną wartość Ropt, która zależy od jakości, wielkości powierzchni roboczej i stopnia oświetlenia.

Bateria słoneczna składa się z oddzielnych ogniw słonecznych połączonych szeregowo i równolegle w celu zwiększenia parametrów wyjściowych (prądu, napięcia i mocy). Kiedy elementy są połączone szeregowo, napięcie wyjściowe wzrasta, a równolegle rośnie prąd wyjściowy. W celu zwiększenia zarówno prądu, jak i napięcia, te dwie metody łączenia są łączone. Ponadto przy tej metodzie połączenia uszkodzenie jednego z ogniw słonecznych nie prowadzi do uszkodzenia całego łańcucha, tj. poprawia niezawodność całej baterii.

W ten sposób bateria słoneczna składa się z ogniw słonecznych połączonych szeregowo. Wartość maksymalnego możliwego prądu podawanego przez akumulator jest wprost proporcjonalna do liczby połączonych równolegle i emf- ogniwa słoneczne połączone szeregowo. Łącząc typy połączeń, montuj akumulator o wymaganych parametrach.

Ogniwa słoneczne baterii są blokowane przez diody. Zwykle są ich 4 - po jednej na ¼ części baterii. Diody chronią części akumulatora przed awarią, które z jakiegoś powodu są zaciemnione, to znaczy, jeśli w pewnym momencie światło na nich nie pada. W takim przypadku bateria tymczasowo wytwarza na całej powierzchni baterii o 25% mniej mocy wyjściowej niż w normalnym świetle słonecznym.

W przypadku braku diod ogniwa słoneczne przegrzeją się i przestaną działać, ponieważ na czas ściemniania zamieniają się w odbiorników prądu (akumulatory są rozładowywane przez ogniwa słoneczne), a podczas używania diod są omijane, a prąd nie przepływa przez nie. Diody muszą mieć niską rezystancję, aby zmniejszyć spadek napięcia na nich. Do tych celów niedawno zastosowano diody Schottky'ego.

Odebrana energia elektryczna jest magazynowana w bateriach, a następnie przekazywana do odbiornika. Baterie - chemiczne źródła prądu. Ładowanie akumulatora następuje, gdy zostanie do niego przyłożony potencjał, który jest większy niż napięcie akumulatora.

Liczba ogniw słonecznych połączonych szeregowo i równolegle powinna być taka, aby napięcie robocze doprowadzane do akumulatorów, biorąc pod uwagę spadek napięcia w obwodzie ładowania, nieznacznie przekraczało napięcie akumulatora, a prąd obciążenia akumulatora zapewnia wymaganą wartość prądu ładowania.

Na przykład, aby naładować akumulator kwasowo-ołowiowy 12 V, musisz mieć 36-ogniwowy akumulator słoneczny.

W słabym świetle słonecznym ładowanie akumulatora zmniejsza się, a akumulator oddaje energię elektryczną do odbiornika energii, tj. akumulatory stale pracują w trybie rozładowania i ładowania.

Ten proces jest kontrolowany. specjalny kontroler. Przy cyklicznym ładowaniu wymagane jest stałe napięcie lub stały prąd ładowania.

W dobrych warunkach oświetleniowych akumulator szybko ładuje się do 90% swojej pojemności znamionowej, a następnie przy niższej prędkości ładowania do pełnej pojemności. Przełączenie na niższą prędkość ładowania jest realizowane przez kontroler ładowarki.

Najbardziej wydajnym zastosowaniem specjalnych baterii jest żel (kwas siarkowy jest stosowany jako elektrolit w akumulatorze) i akumulatory ołowiowe, które są wytwarzane przy użyciu technologii AGM. Baterie te nie wymagają specjalnych warunków instalacji i nie wymagają konserwacji. Żywotność paszportu takich baterii wynosi 10-12 lat przy głębokości rozładowania nie większej niż 20%. Baterie nigdy nie powinny być rozładowywane poniżej tej wartości, w przeciwnym razie ich żywotność ulegnie znacznemu skróceniu!

Bateria jest podłączona do baterii słonecznej za pomocą kontrolera, który kontroluje jej ładowanie. Kiedy akumulator jest naładowany z pełną mocą, do akumulatora słonecznego podłączony jest rezystor, który pochłania nadmiar mocy.

Aby przekonwertować stałe napięcie z akumulatora na napięcie przemienne, które można wykorzystać do zasilania większości odbiorców energii razem z baterią słoneczną, można użyć specjalnych urządzeń - falowniki.

Bez użycia falownika napięcie słoneczne może być zasilane z baterii słonecznej, w tym różne urządzenia przenośne, energooszczędne źródła światła, na przykład te same lampy LED.

Przeczytaj także na ten temat: Przenośne ładowarki słoneczne